Peningkatan Stabilitas Proteksi Differensial Selama Ct Saturasi Dengan Transient Bias Di Saka Indonesia Pangkah Ltd - ITS Repository

  TUGAS AKHIR - TE141599 PENINGKATAN STABILITAS PROTEKSI DIFFERENSIAL

SELAMA CT SATURASI DENGAN TRANSIENT BIAS DI SAKA

  Sidik Supriyadi NRP 2211100036 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.

  Dedet Chandra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2015

  FINAL PROJECT - TE141599 ENHANCING DIFFERENSIAL PROTECTION STABILITY

DURING CT SATURATION WITH TRANSIENT BIAS IN SAKA

  Sidik Supriyadi NRP 2211100036 Supervisor Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.

  Dedet Chandra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING Faculty Of Industry Technology Sepuluh Nopember Institute Of Technology Surabaya 2015

  

PENINGKATAN STABILITAS PROTEKSI

DIFFERENSIAL SELAMA CT SATURASI DENGAN

TRANSIENT BIAS DI SAKA INDONESIA PANGKAH

LTD

  Nama : Sidik Supriyadi NRP : 2211 100 036 Pembimbing 1 : Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.

  Pembimbing 2 : Dedet Chandra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D.

  

ABSTRAK

  Dalam sistem tenaga listrik, sistem proteksi merupakan komponen penting untuk menjaga kelangsungan dan keandalan penyaluran energi listrik. Dimana sistem proteksi ini berfungsi untuk mengisolasi gangguan agar tidak terjadi kerusakan pada peralatan dan menjaga kontinuitas pelayanan pada bagian sistem tenaga listrik yang tidak mengalami gangguan. Salah satu peralatan yang berperan dalam sistem proteksi adalah rele diferensial yang digunakan untuk melindungi generator dan transformator. Dalam kegiatan operasionalnya, Saka Indonesia Pangkah Ltd mengalami gangguan selama CT (Current

  Transformers

  ) saturasi saat transformator daya 5 MVA dienergize dan rele diferensial generator 4.3 MVA trip. Sehingga mengakibatkan generator terputus dari sistem dan suplai daya listrik ke beban terhenti. Pada tugas akhir ini akan dibahas adanya kegagalan proteksi diferensial selama CT (Current Transformers) saturasi. Analisis yang dilakukan meliputi performansi CT saat transformator daya 5 MVA dienergize. Kemudian akan dilakukan pemodelan dan simulasi melalui software MATLAB. Dari hasil analisis dan simulasi tersebut dapat dicari alternatif solusi yang baik untuk mengatasi permasalahan yang ada dengan metode transient bias. Metode ini digunakan untuk meningkatkan batas ambang trip dari rele diferensial. Dimana peningkatan ambang trip (operating current) diperoleh dari penambahan arus bias dan arus transient bias.

  

Kata Kunci : Proteksi Diferensial, Transformator Arus, Transient Bias

  

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

  

ENHANCING DIFFERENSIAL PROTECTION

STABILITY DURING CT SATURATION WITH

TRANSIENT BIAS IN SAKA INDONESIA PANGKAH

LTD

  Name : Sidik Supriyadi NRP : 2211 100 036 Supervisor 1 : Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.

  Supervisor 2 : Dedet Chandra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D.

  

ABSTRACT

  In electric power systems, the protection system is the most important component to maintain the continuity and the reability of electrical energy. It serves to isolate the disturbance to avoid damaging equipments and maintain continuity of service on the part of electric power systems which is not disturbed. One of the equipments that play role in protection system is differential relay which is used to protect generators and transformers. On its operations, Saka Indonesia Pangkah Ltd is disturbing when the CT is saturated, 5 MVA power transformer is being energize and differential relay of 4.3 MVA generators tripped. Resulting the generator disconnected from the system and power supply to the load stopped. In this thesis will be discuss the failure of differential protection for CT (Current Transformers) saturation. Analysis was conducted on the performance of CT when 5 MVA transformer is being energize. Then it will be done through modeling and simulating on MATLAB. From the analisys result can be look for good alternative solution to solve the problem with transient bias method. This method is used to increase the trip threshold of the differential relay. Where an increase of the trip threshold (operating current) obtained from the addition of bias current and bias transient current.

  Keyword : Differential protection, current transformer, transient bias

  

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

KATA PENGANTAR

  

v

  Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala Rahmat, Karunia, dan Petunjuk yang telah dilimpahkan-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul:

  

“Peningkatan Stabilitas Proteksi Differensial Selama CT Saturasi

dengan Transient Bias di SAKA INDONESIA PANGKAH LTD”

  Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu persyaratan untuk menyelesaikan jenjang pendidikan S1 pada Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Atas selesainya penyusunan Tugas Akhir ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

  1. ALLAH SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya.

  2. Orang tua tercinta dan seluruh keluarga besar yang selalu memberi bantuan baik doa dan materi.

  3. Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT dan Dedet Chandra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D. sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan perhatiannya dalam Tugas Akhir ini.

  4. Bapak Wahyudi selaku dosen wali yang telah memberi bimbingan dan masukan dalam perwalian.

  5. Teman-teman angkatan 2011 yang tidak bisa saya sebutkan satu per satu.

  6. Seluruh dosen yang telah memberikan ilmunya selama kuliah, karyawan, dan keluarga besar Jurusan Teknik Elektro ITS yang tidak bisa disebutkan satu per satu. Besar harapan penulis agar Tugas Akhir ini dapat menambah ilmu dan wawasan bagi para pembaca. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran demi penyempurnaan di masa yang akan datang.

  Surabaya, Juli 2015 Penulis

  

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

  

DAFTAR ISI

JUDUL PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAK ............................................................................................ i

ABSTACT……………………………………………………………..iii

KATA PENGANTAR ......................................................................... v

DAFTAR ISI ....................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................... ix

DAFTAR TABEL ............................................................................... xi

BAB I PENDAHULUAN .................................................................. 1

  1.1 Latar Belakang ................................................................... 1

  1.2 Rumusan Masalah .............................................................. 1

  1.3 Batasan Masalah ................................................................ 1

  1.4 Tujuan ................................................................................ 1

  1.5 Metodologi ......................................................................... 2

  1.6 Sistematika Pembahasan .................................................... 2

  1.7 Relevansi ........................................................................... 3

  BAB II PROTEKSI DIFFERENSIAL PADA SISTEM KELISTRIKAN ..................................................................... 5

  2.1 Generator ........................................................................... 5

  2.1.1 Sistem Pengaman Pada Generator ............................ 6

  2.1.2 Gangguan Pada Generator ........................................ 7

  2.2 Rele Diferensial ............................................................... 10

  2.2.1 Prinsip Kerja dari Rele Diferensial ......................... 10

  2.2.2 Gangguan Di Dalam Daerah yang Dilindungi ........ 11

  2.2.3 Gangguan Di Luar Daerah yang Dilindungi ........... 12

  2.3 Transformator Arus (Current Transformer) .................... 13

  2.3.1 Rangkaian Ekivalen Transformator Arus ............... 14

  2.3.2 Karakteristik Saturasi Transformator Arus ............. 14

  2.4 Burden ............................................................................. 16

  2.5 Transient Bias .................................................................. 17

  

BAB III SISTEM KELISTRIKAN SAKA INDONESIA PANGKAH

LTD ...................................................................................... 19

  3.1 Sistem Tenaga Listrik Saka Indonesia Pangkah Ltd. ....... 19

  3.2 Data Peralatan .................................................................. 19

  3.3 Permasalahan CT (Current Transformer) Saturasi di Saka Indonesia Pangkah Ltd ..................................................... 21

  

BAB IV HASIL ANALISIS DAN SIMULASI ................................ 23

  4.1 Performansi CT dengan Kurva Eksitasi Sekunder ANSI/IEEE Std 242-1986 .............................................. 23

  4.1.2 Performansi CT Saat Terjadi Arus Inrush dari Trafo Daya ............................................................. 25

  4.2 Pemodelan Sistem dan Simulasi ...................................... 26

  4.2.2 Pemodelan dan Simulasi Saat Trafo Daya

  energize .................................................................. 27

  4.3 Penyelesaian Permasalahan dengan Transient Bias ......... 36

  4.3.1 Algoritma Transient bias ........................................ 36

  4.3.2 Hasil Perbandingan Per Fasa antara Arus Diferensial dengan Nilai Operating Current Rele Diferensial yang Baru ........................................................................ 39

  

BAB V PENUTUP…… .................................................................... 43

  5.1 Kesimpulan ..................................................................... 43

  5.2 Saran……... ..................................................................... 43

  

DAFTAR PUSTAKA……... .............................................................. 45

BIOGRAFI PENULIS ....................................................................... 47

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Burden rele pada arus nominal .......................................... 16Tabel 2.2 Standar Burden untuk berbagai rasio CT .......................... 16

  

( Halaman ini sengaja dikosongkan)

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 4.5 Pemodelan rangkaian CT1 dalam sebuah blokGambar 4.15 Operating current rele diferensial setelah penambahan arus transient bias dan arus bias. ..................................... 38Gambar 4.14 Simulasi sistem keseluruhan saat trafo daya 360-ET- 01 energize ..................................................................... 35Gambar 4.13 Selisih arus dari CT1 dan CT2 ....................................... 34Gambar 4.12 Sinyal arus keluaran sekunder CT1 dan CT2.................. 33Gambar 4.11 Blok sinyal RMS ............................................................ 33Gambar 4.10 Elemen komparator untuk membandingkan sinyal keluaran CT1 dan CT2 .................................................... 31Gambar 4.9 Arus inrush yang dimodelkan hubung singkat .............. 31Gambar 4.8 Beban 2.13 MVA ............................................................ 30Gambar 4.7 Pemodelan trafo daya 360-ET-01 ................................... 30

  CT2 ................................................................ 29

  subsystem

Gambar 4.6 Pemodelan rangkaian CT2 dalam sebuah blok

  CT1 ................................................................ 29

  subsystem

Gambar 4.4 Pemodelan CT1 dan CT2 ................................................ 28Gambar 2.1 Kontruksi generator arus bolak-balik................................ 5Gambar 4.3 Sumber AC generator (a), nilai resistansi dan induktansi kumparan generator (b) ................................. 27

  (ANSI/IEEE Std 242-1986) ............................................ 24

Gambar 4.2 Kurva eksitasi sekunder untuk bergai rasioGambar 4.1 Rangkaian Ekivalen CT .................................................. 23Gambar 3.2 Flowchart penyelesaian masalah CT Satu Rasi…… ...... 22

  Indonesia Pangkah Ltd ................................................... 21

Gambar 3.1 Single Line Diagram sistem tenaga listrik SakaGambar 2.8 Peningkatan Kestabilan Akibat Transient Bias saat kondisi CT saturasi ......................................................... 17Gambar 2.7 Kurva magnetisasi Untuk Pengukuran dan Proteksi ....... 15Gambar 2.6 Rangkaian Ekivalen Transformator Arus ....................... 14Gambar 2.5 Rangkaian Kontruksi Transformator Arus ...................... 13Gambar 2.4 Rele Differensial Saat Gangguan Eksternal .................... 12Gambar 2.3 Rele Differensial Saat Gangguan Internal ...................... 12Gambar 2.2 Rele Differensial Saat Arus Normal ............................... 11Gambar 4.16 Signals Routing ............................................................... 39Gambar 4.17 Perbandingan fasa R ...................................................... 39Gambar 4.18 Perbandingan fasa S ...................................................... 39Gambar 4.19 Perbandingan fasa T ....................................................... 40Gambar 4.20 Simulasi sistem keseluruhan saat trafo daya 360-ET- 01 energize dan metode transient bias ............................ 41

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang

  Dalam sistem tenaga listrik, sistem proteksi merupakan komponen penting untuk menjaga kelangsungan dan keandalan penyaluran energi listrik. Dimana sistem proteksi ini berfungsi untuk mengisolasi gangguan agar tidak terjadi kerusakan pada peralatan dan menjaga kontinuitas pelayanan pada bagian sistem tenaga listrik yang tidak mengalami gangguan. Salah satu peralatan yang berperan dalam sistem proteksi adalah rele diferensial yang digunakan untuk melindungi generator dan transformator.

  Dalam kegiatan operasionalnya, Saka Indonesia Pangkah Ltd mengalami gangguan selama CT (Current Transformers) saturasi saat transformator daya energize dan sistem proteksi gagal mengamankan (rele diferensial generator mengalami trip). Oleh karena itu, perlu dipertimbangkan penggunaan proteksi diferensial yang baik sehingga bila terjadi gangguan dapat diisolasi dan tidak mengganggu sistem bagian yang lain.

  1.2 Perumusan Masalah

  Permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah bagaimana meningkatkan stabilitas proteksi differensial selama CT saturasi di Saka Indonesia Pangkah Ltd

  1.3 Batasan Masalah

  Batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah:

  1. CT saturasi akibat transformator daya dienergize di Saka Indonesia Pangkah Ltd

  2. Peningkatan stabilitas ditunjukkan dengan tidak terjadinya trip (rele diferensial tidak bekerja) saat trafo daya 360-ET-01 energize.

  3. Metode yang digunakan adalah metode transient bias.

  1.4 Tujuan

  Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah memperoleh peningkatan stabilitas proteksi differensial selama CT saturasi di Saka Indonesia Pangkah Ltd

  1.5 Metodologi

  Pada penulisan Tugas Akhir ini metodologi yang digunakan penulis adalah:

  1. Studi Literatur Hal yang dilakukan pertama kali adalah studi literatur.

  Hal ini dilakukan untuk memperkuat pemahaman tentang permasalahan yang dihadapi. Literatur yang digunakan berupa buku, jurnal ilmiah (paper), serta beberapa user manual peralatan.

  2. Pengumpulan Data Hal ini dilakukan untuk memperkuat pemahaman tentang permasalahan yang dihadapi. Literatur yang digunakan berupa buku, jurnal ilmiah (paper) dan artikel-artikel dari internet.

  3. Analisis dan simulasi Menganalisis kondisi CT (Current Transformers) pada rele diferensial generator dengan cara perhitungan yang telah ditentukan. Kemudian memodelkan hasil analisis dengan menggunakan software MATLAB.

  4. Pemecahan masalah Dengan hasil analisis dan simulasi didapatkan pemecahan masalah kemudian diambil yang solusi yang tepat dari masalah yang terjadi.

  5. Penulisan Buku Tugas Akhir Penulisan laporan merupakan kesimpulan akhir yang dapat menggambarkan Tugas Akhir ini. Kesimpulan ini berisi analisis yang telah dilakukan penulis terhadap penggunaan pengaman diferensial dengan metode transient bias selama CT saturasi pada Saka Indonesia Pangkah Ltd.

  1.6 Sistematika Penulisan

  Bab 1 : Pendahuluan Bab ini membahas tentang penjelasan mengenai latar belakang, permasalahan dan batasan masalah, tujuan, metode penelitian, sistematika pembahasan, dan relevansi.

  Bab 2 : Proteksi Differensial pada Sistem Kelistrikan

  Bab ini berkaitan dengan teori-teori yang digunakan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Bab 3 : Sistem Kelistrikan Saka Indonesia Pangkah Ltd Bab ini menjelaskan mengenai kondisi yang ada pada sistem kelistrikan Saka Indonesia Pangkah Ltd

  Bab 4 : Hasil Analisis dan Simulasi Proteksi Differensial Selama CT Saturasi Dengan Transient Bias di Saka Indonesia Pangkah Ltd Bab ini memaparkan hasil simulasi yang telah dilakukan dengan software matlab. Bab ini juga berisi perhitungan sistem proteksi differensial dengan menggunakan parameter yang telah diperoleh dari hasil simulasi serta rekomendasi untuk mendapatkan sistem proteksi differensial yang dapat bekerja dengan baik selama CT saturasi.

  Bab 5 : Kesimpulan Merupakan kesimpulan dari keseluruhan pembahasan yang telah dilakukan dari Tugas Akhir ini.

1.7 Relevansi

  Dari Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai pembelajaran dan penyelesaian persoalan CT saturasi pada proteksi diferensial. Dengan penyelesaian persoalan tersebut diharapkan memperoleh hasil yang paling optimal dan akhirnya dapat digunakan sebagai salah satu acuan atau masukan untuk penyelesaian kasus yang sama.

  

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

BAB 2 PROTEKSI DIFFERENSIAL PADA SISTEM KELISTRIKAN

2.1. Generator

  Generator merupakan suatu peralatan sistem tenaga listrik yang menghasil daya listrik. Generator didesain untuk beroperasi secara kontinyu dan mampu dioperasikan pada fluktuasi beban yang tinggi. Generator sebagai sumber energi listrik dalam sistem perlu diamankan jangan sampai mengalami kerusakan karena kerusakan generator akan sangat menggangu jalannya operasi system tenaga listrik. Oleh karenanya generator sedapat mungkin harus dilindungi terhadap semua gangguan yang dapat merusak generator. Tetapi dilain pihak dari segi selektifitas pengaman sistem diharapkan agar PMT generator tidak mudah trip terhadap gangguan dalam system, karena lepasnya generator dari sistem akan mempersulit jalannya operasi sistem tenaga listrik.PMT generator hanya boleh bekerja apabila ada gangguan yang tepat ada didepan generator, didalam generator atau pada mesin penggerak generator. Juga apabila terjadi kegagalan dari PMT yang ada di depan PMT generator, baru PMT generator boleh bekerja. Mengingat generator merupakan peralatan yang penting dan nilainya juga cukup mahal, maka diusahakan pengaruh gangguan dibatasi sampai sekecil mungkin. Antara lain dengan mendeteksi keadaan gangguan secara tepat dan mengisolasikan mesin terhadap sistem yang sehat secara cepat[1].

2.1.1 Sistem Pengaman Pada Generator

  Generator membutuhkan sistem pengaman yang dapat bekerja cepat dan tepat dalam mengisolir gangguan agar tidak terjadi kerusakan fatal. Untuk generator tiga fasa dilengkapi dengan beberapa rele. Pemasangan rele-rele dimaksudkan untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan serta kerusakan yang disebabkan oleh gangguan-gangguan yang terjadi dalam generator. Rele pengaman adalah suatu perangkat kerja proteksi yang mempunyai fungsi dan peranan [1]: a. Memberi sinyal alarm atau melepas pemutusan tenaga (circuit

  breaker

  ) dengan tujuan mengisolasi gangguan atau kondisi yang tidak normal seperti adanya : beban lebih, tegangan rendah, kenaikan suhu, beban tidak seimbang, daya kembali, frekuensi rendah, hubungan singkat dan kondisi tidak normal lainnya. b. Melepas atau mentrip peralatan yang berfungsi tidak normal untuk mencegah timbulnya kerusakan.

  c. Melepas atau mentrip peralatan yang terganggu secara cepat dengan tujuan mengurangi kerusakan yang lebih berat.

  d. Melokalisir kemungkinan dampak akibat gangguan dengan memisahkan peralatan yang terganggu dari sistem.

  e. Melepas peralatan atau bagian yang terganggu secara cepat dengan maksud menjaga stabilitas sistem. Prinsip kerja dari rele pengaman pada generator [1]:

  a) Rele arus lebih Rele arus lebih digunakan untuk melindungi kerusakan akibat terjadinya hubungan singkat antar hantaran yang menuju jaring- jaring atau antar fasa. Dalam keadaan normal rele arus lebih tidak bekerja. Tetapi bila terjadi hubung singkat antar hantaran yang menuju jaring-jaring atau antar fasa maka arus yang mengalir pada fasa yang mengalami hubung singkat tersebut melebihi batas nominalnya. Dengan demikian rele arus lebih bekerja.

  b) Rele tegangan lebih Rele tegangan lebih akan bekerja bila tegangan yang dihasilkan generator melebihi batas nominalnya. Misalnya disebabkan permasalahan penguat magnit atau pengaturan penguat magnit terlalu besar sehingga mengakibatkan tegangan yang dihasilkan generator melebihi batas nominalnya. Tegangan lebih dapat dimungkinkan oleh mesin putaran lebih (over speed) atau kerusakan pada pengatur tegangan otomatis (AVR).

  c) Rele differensial Rele differensial bekerja atas dasar perbandingan tegangan atau perbandingan arus, yaitu besarnya arus sebelum lilitan stator dengan arus yang mengalir pada hantaran yang menuju jaring-jaring. Dalam keadaan normal antara keduanya mempunyai arus sama besar. Bila terjadi hubung singkat antara lilitan stator dengan rangka mengakibatkan arus antara keduanya tidak sama maka rele differensial akan bekerja. Bekerjanya rele-rele tersebut digunakan untuk membuka sakelar, misalnya sakelar utama, sakelar penguat magnit.

  d) Rele daya balik Rele daya balik berfungsi untuk mendeteksi aliran daya aktif yang masuk ke arah generator. Perubahan ini disebabkan oleh pengaruh rendahnya input dari penggerak mula generator. Bila input tidak

  6 dapat mengatasi rugi-rugi yang ada, maka kekurangan daya dapat diperoleh dengan cara menyerap daya aktif dari sistem. Selama penguatan masih tetap, maka aliran daya rekatif generator sama halnya sebelum generator bekerja sebagai motor. Dengan demikian pada generator bekerja sebagai motor, daya aktif akan masuk ke generator, sementara itu aliran daya reaktif mungkin masuk atau mungkin juga keluar.

2.1.2 Gangguan Pada Generator

  Gangguan yang mungkin muncul dalam pengoperasian generator pada suatu pembangkit listrik dapat diklasifikasikan sebagai berikut [2]: a. Gangguan listrik (electrical fault)

  Jenis gangguan ini adalah gangguan yang timbul dan terjadi pada bagian-bagian listrik dari generator. Gangguan-gangguan tersebut antara lain :

  1. Hubung singkat 3 phasa Terjadinya arus lebih pada stator yang dimaksud adalah arus lebih yang timbul akibat terjadinya hubungan singkat 3 phasa/ 3 phase fault. Gangguan ini akan menimbulkan loncatan bunga api dengan suhu yang tinggi yang akan melelehkan belitan dengan resiko terjadinya kebakaran, jika isolasi tidak terbuat dari bahan yang anti api /non-flammable.

  2. Hubung singkat 2 phasa Gangguan hubung singkat 2 phasa/unbalance fault lebih berbahaya dibanding gangguan hubung singkat 3 phasa/balance fault, karena disamping akan terjadi kerusakan pada belitan akan timbul pula vibrasi pada kumparan stator. Kerusakan lain yang timbul adalah pada poros/shaft dan kopling turbin akibat adanya momen puntir yang besar.

  3. Stator hubung singkat 1 phasa ke tanah/stator ground fault Kerusakan akibat gangguan 2 phasa atau antara konduktor kadang-kadang masih dapat diperbaiki dengan menyambung taping atau mengganti sebagian konduktor, tetapi kerusakan laminasi besi (iron lamination) akibat gangguan 1 phasa ke tanah yang menimbulkan bunga api dan merusak isolasi dan inti besi adalah kerusakan serius yang perbaikannya dilakukan secara total. Gangguan jenis ini meskipun kecil harus segera diproteksi.

  4. Rotor hubung tanah/field ground Pada rotor generator yang belitannya tidak dihubungkan oleh tanah (ungrounded system). Bila salah satu sisi terhubung ke tanah belum menjadikan masalah. Tetapi apabila sisi lainnya terhubung ke tanah, sementara sisi sebelumnya tidak terselesaikan maka akan terjadi kehilangan arus pada sebagian belitan yang terhubung singkat melalui tanah. Akibatnya terjadi ketidakseimbangan yang menimbulkan vibrasi yang berlebihan serta kerusakan fatal pada rotor.

  5. Kehilangan medan penguat/Loss of excitation Hilangnya medan penguat akan membuat putaran mesin naik, dan berfungsi sebagai generator induksi. Kondisi ini akan berakibat pada rotor dan pasak/slot wedges, akibat arus induksi yang bersirkulasi pada rotor. Kehilangan medan penguat dapat dimungkinkan oleh : a) Jatuhnya/trip saklar penguat (41AC) .

  b) Hubung singkat pada belitan penguat.

  c) Kerusakan kontak-kontak sikat arang pada sisi penguat.

  d) Kerusakan pada sistem AVR.

  6. Tegangan lebih/Over voltage Tegangan yang berlebihan melampaui batas maksimum yang diijinkan dapat berakibat tembusnya (breakdown) design insulasi yang akhirnya akan menimbulkan hubungan singkat antara belitan. Tegangan lebih dapat dimungkinkan oleh mesin putaran lebih/overspeed atau kerusakan pada pengatur tegangan otomatis/AVR.

  b. Gangguan mekanis/panas (mechanical/thermal fault) Jenis-jenis gangguan mekanik/panas antara lain :

  1. Generator berfungsi sebagai motor (motoring) Motoring adalah peristiwa berubah fungsi generator menjadi motor akibat daya balik (reverse power). Daya balik terjadi disebabkan oleh turunnya daya masukkan dari penggerak utama (prime mover). Dampak kerusakan akibat peristiwa motoring adalah lebih kepada penggerak utama itu sendiri. Pada turbin uap, peristiwa motoring akan mengakibatkan pemanasan lebih pada sudu-sudunya, kavitasi pada sudu-sudu turbin air, dan ketidakstabilan pada sudu turbin gas.

  2. Pemanasan lebih setempat

  8 Pemanasan lebih setempat pada sebagian stator dapat dimungkinkan oleh : a) Kerusakan laminasi

  b) Kendornya bagian-bagian tertentu di dalam generator seperti: pasak-pasak stator (stator wedges).

  3. Kesalahan paralel Kesalahan dalam memparalel generator karena syarat-syarat sinkron tidak terpenuhi dapat mengakibatkan kerusakan pada bagian poros dan kopling generator, dan penggerak utamanya karena terjadinya momen puntir. Kemungkinan kerusakan lain yang timbul, kerusakan PMT dan kerusakan pada kumparan stator akibat adanya kenaikan tegangan sesaat.

  4. Gangguan pendingin stator Gangguan pada media sistem pendingin stator (pendingin dengan media udara, hidrogen, atau air) akan menyebabkan kenaikan suhu belitan stator. Apabila suhu belitan melampaui batas ratingnya akan berakibat kerusakan belitan.

  c. Gangguan sistem (system fault) Generator dapat terganggu akibat adanya gangguan yang datang/terjadi pada sistem. Gangguan-gangguan sistem yang terjadi umumnya adalah :

  1. Frekuensi operasi yang tidak normal (abnormal frequency

  operation)

  Perubahan frekuensi keluar dari batas-batas normal di sistem dapat berakibat ketidakstabilan pada turbin generator. Perubahan frekuensi sistem dapat dimungkinkan oleh tripnya unit-unit pembangkit atau penghantar (transmisi).

  2. Lepas sinkron (Loss of synhcron) Adanya gangguan di sistem akibat perubahan beban mendadak, switching, hubung singkat dan peristiwa yang cukup besar akan menimbulkan ketidakstabilan sistem. Apabila peristiwa ini cukup lama dan melampaui batas-batas ketidakstabilan generator, generator akan kehilangan kondisi paralel. Keadaan ini akan menghasilkan arus puncak yang tinggi dan penyimpangan frekuensi operasi yang keluar dari seharusnya sehingga akan menyebabkan terjadinya stress pada belitan generator, gaya puntir yang berfluktuasi serta resonansi yang akan merusak turbin generator. Pada kondisi ini generator harus dilepas dari sistem.

  3. Arus beban kumparan yang tidak seimbang (unbalance armature

  current)

  Pembebanan yang tidak seimbang pada sistem/adanya gangguan 1 phasa dan 2 phasa pada sistem yang menyebabkan beban generator tidak seimbang yang akan menimbulkan arus urutan negatif. Arus urutan negatif yang melebihi batas, akan mengiduksikan arus medan yang berfrekuensi rangkap yang arahnya berlawanan dengan putaran rotor akan menyebabkan adanya pemanasan lebih dan kerusakan pada bagian-bagian konstruksi rotor.

2.2 Rele Diferensial Generator

  Rele differensial merupakan suatu rele yang prinsip kerjanya berdasarkan kesimbangan (balance), yang membandingkan arus-arus sekunder transformator arus terpasang pada terminal peralatan atau instalasi listrik yang diamankan. Penggunaan rele diferensial sebagai rele pengaman, antara lain pada generator, transformator daya, busbar, dan saluran transmisi. Rele ini sangat selektif dan sistem kerjanya sangat cepat [3].

Gambar 2.1 Proteksi diferensial pada generator

  10

  2.2.1 Prinsip Kerja Dari Rele Diferensial

  Proteksi rele differensial bekerja dengan prinsip keseimbangan arus

  

(current balance) . Prinsip ini berdasarkan hukum kirchhoff yaitu

  membandingkan jumlah arus masuk ke primer (Ip) sama dengan jumlah

  S arus yang keluar dari sekunder (I ) .

  (2.1)

  I = I = |I + I | diferensial d P s

  Dimana: Id = Arus Diferensial (A) Ip = Arus Sisi Masuk (A) Is = Arus Sisi Keluar (A)

Gambar 2.2 menunjukkan rele differensial dalam keadaan arus normal, dimana Ip dan Is sama besar dan berlawanan arah.Gambar 2.2 Rele Differensial Saat Arus Normal

  I

  d = Ip + Is = 0 Ampere

  Idif

  = Ip + Is = 0 Ampere Maka tidak ada tegangan yang melintasi coil relay dan tidak ada arus yang mengalir pada rele tersebut, sehingga rele differensial tidak bekerja [4].

  2.2.2 Gangguan Didalam Daerah yang Dilindungi

  Untuk gangguan didalam (internal) daerah proteksi rele differensial (diantara kedua trafo arus), Ip dan Is searah.

  Id

  = Ip + Is > 0 Ampere

  Idif = Ip + Is > 0 Ampere

  Karena arus akan menuju titik gangguan, sehingga rele differensial akan bekerja, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Rele Differensial Saat Gangguan Internal

2.2.3 Gangguan Diluar Daerah yang Dilindungi

  Pada gangguan diluar (eksternal) daerah proteksi relai diferensial (diluar kedua trafo arus), relai diferensial tidak akan bekerja, karena Ip dan Is sama besar dan berlawanan arah (Id = Ip + Is = 0 Ampere, Idif =

  Ip + Is = 0 Ampere), seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Rele Differensial Saat Gangguan Eksternal

  12

2.3 Transformator Arus (Current Transformer)

  Transformator arus / Current Transformer (CT), digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan amper lebih yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Jika arus yang mengalir pada tegangan rendah dan besarnya dibawah 5 ampere, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung sedangkan untuk arus yang mengalir besar, maka harus dilakukan pengukuran secara tidak langsung dengan menggunakan transformator arus. Disamping itu transformator arus berfungsi juga untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi. Kumparan primer transformator dihubungkan secara seri dengan rangkaian atau jaringan yang akan diukur arusnya sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau dengan rele proteksi [5].

Gambar 2.5 Rangkaian Kontruksi Transformator Arus

  Prinsip kerja transformator arus sama dengan transformator daya satu fasa. Bila pada kumparan primer mengalir arus I , maka pada

  1

  kumparan timbul gaya gerak magnet sebesar N

  1 I 1 . Gaya gerak ini

  memproduksi fluks pada inti, dan fluks akan membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder.

  Bila terminal kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I

  1 . Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet

  N I pada kumparan sekunder. Pada transformator arus biasa dipasang

  2

  2

  burden pada bagian sekunder yang berfungsi sebagai impedansi beban, sehingga transformator tidak benar-benar short circuit. Apabila transformator adalah transformator ideal, maka berlaku persamaan :

  N

  1 I 1 = N

  2 I 2 (2.2)

  I /I = N /N (2.3)

  1

  2

  2

1 Keterangan :

  N

  1 : Jumlah belitan kumparan primer

  N : Jumlah belitan kumparan sekunder

  2 I 1 : Arus kumparan primer

  I : Arus kumparan sekunder

  2

2.3.1 Rangkaian Ekivalen Transformator Arus

  _{I 1/k Z I 2 i I Z} E ^{2 V} _{2 Z 2} Gambar 2.6. Rangkaian Ekivalen Transformator Arus

  Tegangan pada terminal sekunder (V

  2 ) tergantung pada impedansi

  peralatan (Z ) yang terhubung pada terminal sekunder dan dapat

  2

  dituliskan persamaan sebagai berikut [5]: V = I x Z (2.4)

  2

  2

2 Jika tahanan dan reaktansi bocor kumparan trafo dinyatakan dalam

  impedansi internal Z , maka gaya gerak listrik pada kumparan sekunder

  i

  harus lebih besar daripada tegangan sekunder agar rugi-rugi tegangan pada impedansi Z dapat dikompensasi. Oleh karena itu, persamaan di

  i

  bawah ini harus dipenuhi : E – V = E – I x Z = I x Z (2.5)

  2

  2

  2

  2

  2 2 i

  Atau E = I (Z x Z ). (2.6)

  2

  2 2 i

2.3.2. Karakteristik Saturasi Transformator Arus

  Transformator arus dalam sistem tenaga listrik digunakan untuk keperluan pengukuran dan proteksi. Perbedaan mendasar pada kedua pemakaian diatas adalah pada kurva magnetisasinya.

  Kurva magnetasi ini menunjukkan sifat saturasi dari transformator arus. Hal ini perlu diperhatikan, bila transformator arus bekerja pada

  14 daerah saturasi maka akan terjadi kesalahan dalam kinerja. Yaitu kesalahan membaca arus yang mengalir melalui transformator arus. Ini bisa mempengaruhi keandalan kinerja dari sistem proteksi yang diterapkan.

Gambar 2.7 Kurva magnetisasi Untuk Pengukuran dan Proteksi

  Sumbu horisontal mewakili kekuatan atau intensitas medan magnetik (Magnetic Field Intensity, H). Sumbu vertikal mewakili kerapatan medan magnetik (Magnetic Field Density, B).

  Transformator arus untuk pengukuran harus memiliki titik saturasi yang rendah. Kenaikan intensitas medan magnetik H mengakibatkan kenaikan yang sangat signifikan pada kenaikan kerapatan medan magnetic B. Selanjutnya, kenaikan kerapatan medan magnetik B sangat kecil walaupun intensitas medan magnetic terus dinaikan. Kondisi dimana kerapatan medan magnetic tidak banyak berubah ketika intensitas medan magnetik ditingkatkan disebut kondisi saturasi atau jenuh.

  Transformator arus penggunaan proteksi, harus memiliki titik saturasi yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan transformator arus untuk pengukuran. Transformator Arus untuk proteksi dirancang sedemikian rupa sehingga tegangan kerapatan medan magneti B (Magnetid Field Density) akan mulai jenuh ketika intesitas medan magnetiknya (magnetic Field intensity, H) jauh lebih besar dari kelas pengukuan [7].

2.4. Burden

  16

  Burden

  transformator adalah nilai semua impedansi yang ditemukan pada rangkaian sekunder transformator arus. Burden dinyatakan dalam

  VA atau dinyatakan dalam Ohm. Dalam suatu rangkaian pengaman differensial umumnya ada 3 jenis burden yang terhubung dengan transformator arus yaitu burden dari CT itu sendiri, penghantar, dan

  burden

  dari rele differensial. Burden dari penghantar yang dimaksud di sini adalah penghantar yang menghubungkan anatar sekunder CT dan unit rele differensial. Besarnya dapat diketahui dengan mencari nilai impedansi penghantar persatuan panjang dan dikalikan dengan panjang penghantar tersebut. Sedangkan burden rele tergantung dari rele tersebut.

  Berikut adalah nilai burden pada rele dan untuk berbagai rasio CT:

Tabel 2.1. Burden rele pada arus nominal Jenis Rele Burden (VA)

  Rele arus lebih

  2 Rele arus lebih waktu terbalik 1,5-5 Rele arus balik 1,8 Rele daya balik 0,07-3,5 Rele daya 0,23 – 11,5 Rele diferensial 0,8 – 6 Rele jarak 2 – 2,5

Tabel 2.2. Standar Burden untuk berbagai rasio CT

  Rasio Arus Secondary Turns Resistansi Sekunder (Ohms)

  50:5 10 0.045 100:5 20 0.065 150:5 30 0.091 200:5 40 0.114 250:5 50 0.137 300:5 60 0.160 400:5 80 0.206 450:5 90 0.229 500:5 100 0.252 600:5 120 0.298

  2.5. Transient Bias

  Metode ini digunakan untuk meningkatkan batas ambang trip dari ). Dimana peningkatan ambang trip diperoleh rele diferensial (I

  DIFF.THR

  ) dari penambahan arus bias (I BIAS ) dan arus transient bias (I TR.BIAS seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.7 sebagai berikut [8]:

  a.) CT Saturasi

  b.) Arus diferensial dan ambang trip tanpa penambahan arus transient bias c.) Arus transient bias

  d.) Arus diferensial dan ambang trip dengan penambahan arus transient bias

Gambar 2.8 Peningkatan Kestabilan Akibat Transient Bias saat

  kondisi CT saturasi: (a) CT Saturasi, (b) Arus diferensial dan ambang trip tanpa penambahan arus transient bias, (c) Arus transient bias, dan (d) Arus diferensial dan ambang trip dengan penambahan arus transient bias

  Dari gambar 2.7 dapat dilihat pengaruh penambahan arus transient bias terhadap batas ambang trip dari rele diferensial. Dimana arus ) didasarkan pada algoritma : transient bias (I

  TR.BIAS

  (2.7) ∆ I (n) = I (n) − I (n − 1)

  DIFF DIFF DIFF

  ∆ I (2.8)

  BIAS (n) = I BIAS (n) − I BIAS (n − 1)

  (2.9) R = ∆ I DIFF (n) /∆ I BIAS (n)

  (2.10) If R < K and ∆ I

  i BIAS (n) > 0

  (2.11) I (n) = D. I (n − 1) + S. ∆ I (n)

  TR.BIAS TR.BIAS BIAS else (2.12)

  I TR.BIAS (n) = D. I TR.BIAS (n − 1) (2.13)

  (I ) baru = (I ) + (I ) + (I ) lama

DIFF.THR TR.BIAS BIAS DIFF.THR

  I ⁄ ( |I | + |I | )

  BIAS

  1

  2

  = 1 2 Dimana : adalah arus bias. K adalah nilai dari I adalah arus diferensial. I

DIFF BIAS

  slope

  yang nilainya arus diferensial dibagi arus bias. S adalah scaling coefficient.

  D adalah dari decay coefficient.

  18

BAB 3 SISTEM KELISTRIKAN SAKA INDONESIA PANGKAH LTD

  3.1. Sistem Kelistrikan Saka Indonesia Pangkah Ltd

  Saka Indonesia Pangkah Ltd adalah perusahaan minyak dan gas berkembang pesat di Indonesia dan dimiliki oleh PT Saka Energi Indonesia, anak perusahaan hulu perusahaan distribusi gas milik negara PT Perusahaan Gas Negara (Persero) Tbk. Saka Indonesia Pangkah Ltd yang bergerak di bidang eksplorasi dan produksi minyak dan gas di Blok Ujung Pangkah Jawa Timur. Pada 4 Januari 2014, Saka Indonesia Pangkah BV (anak perusahaan dari PT Saka Energi Indonesia) mengakuisisi 100% kepemilikan di Hess Pangkah LLC dan Hess Indonesia (Pangkah) Limited. Sejak 16 Januari 2014, Hess Indonesia (Pangkah) Limited resmi berubah menjadi Saka Indonesia Pangkah Ltd dan Hess Pangkah LLC namanya menjadi Saka Pangkah LLC.

  Untuk sistem tenaga listrik di Saka Indonesia Pangkah Ltd sendiri merupakan sistem tenaga listrik terpisah dari PLN. Dimana dalam kegiatan produksi, Saka Indonesia Pangkah Ltd menggunakan generator yang berjumlah 3 unit. Generator yang digunakan adalah generator PLTUD (Pembangkit Listrik Tenaga Uap Diesel). Kapasitas daya terpasang tiap unit generator adalah 4,3 MW, sehingga daya total generator adalah 12,9 MW. Tegangan terbangkit tiap unit generator adalah 11 kV. Tegangan 11 kV ini kemudian diturunkan oleh trafo daya

  5 MVA (360-ET-01 dan 360-ET-02) menjadi tegangan 6,6 kV. Kemudian diturunkan menjadi 0,4 kV oleh trafo daya 3 MVA (360-ET- 03, 04, 05, 06, 07 dan 08). Terdapat satu generator lagi yang terhubung dengan bus 0,4 kV yaitu generator 361-EG-01. Daya keluaran generator tersebut adalah 0,656 MW dan digunakan sebagai generator cadangan saat kondisi darurat.

  3.2. Data Peralatan

  Data peralatan sistem tenaga listrik di Saka Indonesia Pangkah Ltd secara umum adalah sebagai berikut :

  1. Generator (160-EG-01A, 160-EG-01B, dan 160-EG-01C) dengan spesifikasi sebagai berikut :

• Rating daya = 4,3 MW
• Tegangan generator = 11 kV

• Frekuensi = 50 Hz - Faktor Daya = 0,8
• Xd” = 18 %
• Xd’ = 29,8 %

  2. Generator 361-EG-01 (Generator Cadangan) dengan spesifikasi sebagai berikut :

• Rating daya = 0,656 MW
• Tegangan generator = 0,4 kV
• Frekuensi = 50 Hz - Faktor Daya = 0,8
• Xd” = 15 %
• Xd’ = 22 %

  3. Trafo daya (360-ET-01 dan 360-ET-02) dengan spesifikasi sebagai berikut :

• Rating daya = 5 MVA
• Tegangan primer = 11 kV
• Tegangan sekunder = 6,6 kV
• Konfigurasi = Dyn 11
• Sistem pendingin = ONAN (Oil Natural Air Natural)

  4. Trafo daya (360-ET-03, 04, 05, 06, 07 dan 08) dengan spesifikasi sebagai berikut :

• Rating daya = 3 MVA
• Tegangan primer = 6,6 kV
• Tegangan sekunder = 0,4 kV
• Konfigurasi = Dyn 11
• Sistem pendingin = ONAN (Oil Natural Air Natural)

  5. Beban eksisting :

• Beban yang terhubung dengan bus 6,6 kV (360-ES-01) yaitu motor dan beban statis
• Beban yang terhubung dengan bus 0,4 kV (360-ES-02,